基于变物性约束的重磁界面反演研究与应用

论文摘要

为解决当今社会环境污染和能源危机问题,寻找清洁能源替代传统化石能源的任务越发的紧迫,地热能因其具有清洁可再生等优点而深受人们喜爱。深埋地下的地热资源无法通过直接测量的方法来获取地下温度场的分布,评估勘探过程十分困难。现今,地热勘探方法以地球物理方法为主,通过测定地球物理参数的变化间接地获取地下温度场的分布特征。通常地层磁性会随地下温度增加而减弱,导致地下某一深度处地层磁性完全消失,该深度处温度界面被称为居里面,其分布形态直接反映了地层温度的变化。莫霍面是另一个重要的物性分界面,其抬升会导致地壳变薄,上地幔隆起,地幔热物质上涌,为地热的形成提供了深部热源。居里面和莫霍面的反演计算对地热勘探具有重要的意义。目前,居里面和莫霍面的反演方法主要为Parker-Oldenburg反演方法,然而Parker-Oldenburg算法存在着诸如物性参数选取、模型假设以及迭代收敛等问题。本文通过引入双界面模型、垂向变物性参数以及新的多项式迭代算法来约束Parker-Oldenburg界面反演过程。通过数值模拟对比实验来探究本文所作改进对反演结果的影响,探究工作主要分为两部分:1)研究同一算法应用条件下变磁化率因素的引入对反演结果的影响;2)研究同一模型应用条件下新迭代算法的引入对反演结果的影响。数值模拟实验结果表明,传统Parker-Oldenburg方法在计算过程中表现出反演精度低、不收敛等问题,而本文所述方法相较于常规Parker-Oldenburg方法,计算效率提高四倍以上,误差减少近2个数量级,反演结果具有更好的收敛性和反演精度。在应用实例方面,结合松辽盆地和共和盆地的重磁异常,将本文所述算法应用到松辽和共和两个盆地的居里面和莫霍面的计算当中。利用已知的盆地基底深度和垂向变化的物性参数,以盆地基底和地表建立双界面模型,结合相关异常正演公式,获得基底及上覆地层正演异常,从总异常中去除该正演异常,提取得到反映深部界面起伏的区域剩余异常。其中松辽盆地剩余磁异常分布特征反映了盆地早期深部EW向构造形态被后期深部NS向构造所干扰、错断,论证了松辽盆地多期复杂构造活动的继承性和叠加性;共和盆地剩余磁异常和剩余重力异常的分布特征突出了盆地边缘,反映了共和盆地及周边地区受NW向断裂控制,盆地内部受NE向断裂控制,反映了共和盆地地质构造的复杂性和叠加性。上述剩余异常可以看作是由以盆地基底和地下深部界面组成的双界面模型产生的,结合本文所述方法,利用该剩余异常可以进行居里面和莫霍面的反演计算。松辽盆地居里面反演结果显示盆地中北部为居里面隆起区,结合前人研究资料,推测该区域居里面隆起与地幔热柱上涌相关,对比松辽盆地地温梯度分布,勾画了三个地热资源勘探远景区。松辽盆地莫霍面反演结果显示盆地中部区域莫霍面抬升,地壳较薄,地幔上涌为松辽盆地提供了深部热源。共和盆地居里面分布形态反映了共和盆地地质构造的复杂性和叠加性,盆地中部区域居里面埋深较浅,推断该区具有良好的地热开发远景。共和盆地莫霍面反演结果与共和盆地及其周边的地质构造单元具有良好的对应关系,结果显示共和盆地区域莫霍面抬升,地壳较薄,地幔上涌为共和盆地提供了深部热源。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题目的及研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究内容
•     1.3.1 算法改进
•     1.3.2 数值模拟对比试验
•     1.3.3 改进算法的应用实例
• 第二章 物性界面反演方法
•   2.1 物性界面反演方法
•   2.2 基于双密度界面垂向变密度约束下的界面反演方法研究
•     2.2.1 基于双密度界面和垂向变密度的重力异常正演计算
•     2.2.2 重力异常—深度变换的迭代公式
•   2.3 基于双磁性界面垂向变磁性约束下的界面反演方法研究
•     2.3.1 基于双磁性界面和垂向变磁性的磁异常正演计算
•     2.3.2 磁异常—深度变换的迭代公式
• 第三章 数值模拟
•   3.1 模型建立
•   3.2 变磁化率对界面深度反演的影响
•   3.3 迭代算法对界面反演结果的影响
•   3.4 数值模拟结论
• 第四章 松辽盆地物性界面反演
•   4.1 盆地概况
•     4.1.1 地理位置
•     4.1.2 盆地基底断裂及岩性分布
•     4.1.3 盆地地层系统
•     4.1.4 盆地构造单元
•   4.2 松辽盆地居里面计算
•     4.2.1 松辽盆地磁异常分离
•     4.2.2 松辽盆地居里面计算
•   4.3 松辽盆地莫霍面计算
•     4.3.1 松辽盆地重力异常分离
•     4.3.2 松辽盆地莫霍面计算
•   4.4 松辽盆地地热勘探远景分析
• 第五章 共和盆地物性界面反演
•   5.1 共和盆地概况
•     5.1.1 地理位置
•     5.1.2 盆地概况
•     5.1.3 地层特征
•     5.1.4 地层岩石物性
•   5.2 共和盆地居里面计算
•     5.2.1 共和盆地磁异常分离
•     5.2.2 居里面计算
•   5.3 共和盆地莫霍面计算
•     5.3.1 共和盆地重力异常分离
•     5.3.2 共和盆地莫霍面计算
•   5.4 共和盆地地热远景分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果
•   作者简介
•   科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘卓

导师: 曾昭发

关键词: 深部物性界面反演,变物性约束,双界面模型,反演算法

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,地球物理学,矿业工程

单位: 吉林大学

基金: 省校共建项目(SXGJSF2017-5),共和县恰卜恰地区干热岩重磁法勘查(DDYZ20160018),广西东部干热岩远景调查研究(3S3180534423)

分类号: P314;P631

总页数: 72

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